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计算机工程与科学 2018年第01期杂志 文档列表

计算机工程与科学杂志高性能计算

基于模型和库的处理器伪随机激励生成器设计与实现1-9

摘要：面对处理器巨大的验证空间,伪随机激励生成器成为处理器研发中必不可少的工具。处理器设计改变尤其是架构和指令集的变化会导致之前的处理器测试集合部分甚至全部失效,验证维护成本巨大。提出一种层次化的、基于模型和库的处理器伪随机激励生成器实现方法,针对处理器设计的特点,基于指令树建模、多维访存地址建模和处理器专家库建模等关键技术重点解决处理器研发中测试集合如何高效重用的难题。实际应用表明,该方法能够很好地适应处理器设计变化,增强处理器激励生成器的易用性和可重用性,测试集合移植重用率可以达到95%以上,显著缩短处理器更新换代时的验证周期。

面向国产异构系统的HPL异构协同设计10-14

摘要：HPL是高性能计算广泛采用的Linpack测试软件包,传统HPL算法中,求解矩阵将以块为单位循环分布到所有处理器,由于国产加速器（China Accelerator）的底层矩阵乘接口仅支持定制接口,传统HPL算法已不适合CPU＋China Accelerator异构系统,因此,必须基于定制接口完成矩阵分布细致划分与封装dPEM,以提供一个通用的HPL测试配置环境;同时,为了充分发挥国产异构系统的效率,设计了异构协同矩阵乘调度算法OA4MM,以提高国产异构系统的效率。实验验证了dPEM的有效性和OA4MM算法的高效性,OA4MM较传统的异构HPL调度算法性能提升近10%。

PFPonCanTree：一种基于MapReduce的并行频繁模式增量挖掘算法15-23

摘要：频繁模式挖掘是最重要的数据挖掘任务之一,传统的频繁模式挖掘算法是以“批处理”方式执行的,即一次性对所有数据进行挖掘,无法满足不断增长的大数据挖掘的需要。MapReduce是一种流行的并行计算模式,在并行数据挖掘领域已得到了广泛的应用。将传统频繁模式增量挖掘算法CanTree向MapReduce计算模型进行了迁移,实现了并行的频繁模式增量挖掘。实验结果表明,提出的算法实现了较好的负载均衡,执行效率有明显提升。

《计算机工程与科学》征文通知23-23

摘要：《计算机工程与科学》是由国防科技大学计算机学院主办的中国计算机学会会刊,是国内外公开发行的计算机类综合性学术刊物,现为月刊。本刊欢迎关于计算机科学理论、计算机组织与系统结构、计算机软件、计算机应用、计算机器件设备与工艺等学科领域方面的来稿。本刊常年设有高性能计算专栏。

容错处理器阵列的多逻辑列并行重构算法24-33

摘要：处理器阵列的容错重构技术是片上网络多核、众核高性能体系结构的可靠性技术之一。现有的最大逻辑阵列并行重构技术仅对单条逻辑列的构造实现了并行化,而对多条逻辑列的同步并行仍未见可行算法。依据处理器阵列的潜在并行性,在分治策略的基础上,提出了一种阵列分块的并行重构算法。算法对处理器阵列实施横向分块划分,对每个阵列块进行并行重构,并对所得逻辑子阵列进行归并,实现了多条逻辑列的同步并行重构。与现有的并行算法相比,新算法同样能够生成最大逻辑列,并且减少了通信开销与计算中的数据冗余,有效提高了运行速度。实验结果表明,在物理阵列大小为64×64的处理器阵列上,运行速度比现有并行算法提高39.55%,并且具有良好的可扩展性。

第四届国际计算机前沿大会（原国际青年计算机大会）征稿通知33-33

摘要：（SCI or EI Indexed）September 21-23,2018,Zhengzhou,China The Fourth International Conference of Pioneering Computer Scientists,Engineers and Educators（ICPCSEE,originally ICYCSEE）2018（http：//2018.icpcsee.org）will be held in Zhengzhou,China,

CNN卷积计算在移动GPU上的加速研究34-39

摘要：卷积神经网络（CNN）凭借其优秀的表现正在诸如图像分类、语音识别等领域里扮演着越来越重要的角色,已经有一些研究人员想要将这个深度学习过程复制到手机上。但是,由于CNN巨大的计算量,移植程序的性能一直难以令人满意。为了探讨如何解决这一问题,借助MXNet这样一个深度学习的框架在手机上实现了CNN的前向过程,并且将注意力放在了使用手机上另一个强大的计算设备——GPU上。最终选择使用OpenCL通用编程框架将前向过程中最耗时的卷积操作利用矩阵乘来完成,并转移到GPU上进行。在此基础之上还针对手机GPU做了一些优化。最终,实验结果显示我们成功地将前向过程的时间降低到了原来时间的一半。

计算机工程与科学杂志计算机网络与信息安全

基于无证书重签名的车载自组网消息认证方案40-44

摘要：基于重签名和无证书公钥密码体制,提出了一个安全的车载自组网消息认证方案。认证中心利用重签名技术,可转换车载单元对消息的签名为路边单元的签名,从而降低了根据签名识别车辆身份的风险,实现通信消息的匿名性。采用无证书公钥密码体制将各实体的私钥分为两部分,有效解决了车载自组网中的证书管理与密钥托管问题。如果车辆虚假消息,认证中心能准确追溯到车辆的真实身份,并召回违法车辆。与Huang方案相比,新方案具有较高的安全性和较低的通信开销。

基于数字广播信令聚合的高可靠应急传输45-51

摘要：地面数字广播系统主要用于提供音视频通信服务,可以应用于应急情况下的信息。但是,在应急场景下,例如战争或自然灾害发生时,发射系统往往会遭到损坏,很难实现可靠信息。针对上述问题,以欧洲地面数字广播系统为例,提出了一种基于数字广播信令聚合的高可靠应急传输方法,用于低发射功率下实现短消息数据的高可靠性传输。该方法在某预先设定的固定传输模式下,利用节省的信令部分承载短消息数据,并以GF（16）域上码率为1/2的多进制低密度奇偶校验码编码和重复编码作为信道编码方案,以二进制相移键控作为调制方式。进一步,利用软件无线电平台在开放环境下对所提出的方法进行测试验证。测试结果表明,本方法能够很好地实现应急短消息数据的高可靠传输,该方案可以扩展到其它数字广播系统。

一种间歇性连接移动网络自适应路由协议52-57

摘要：为提高间歇性连接移动网络的消息发送效率,提出一种基于移动自组网OLSR协议的自适应路由协议ARPBO。ARPBO在网络连通时通过OLSR协议快速转发消息;在网络中断时对OLSR协议进行扩展,从消息发送节点的局部连通网络中有效选择下一跳节点,然后通过延迟容忍网络的“存储-携带-转发”机制转发消息。实验结果表明,该路由协议能够在网络存在间歇性连接时获得较高的传递成功率和较低的传递时延。

物流网络中节点带权的Steiner最小树的参数算法58-65

摘要：通过优化物流的运输网络,可以有效地降低物流成本。集中配送的物流网络优化问题可以转换成求解节点带权的Steiner最小树问题,这是一个NP-hard问题。运用参数理论,提出一种新的启发式解决算法P-NSMT。算法的思想是：首先尽可能只利用终端节点构造一棵连通的最小生成树,然后逐步向树中添加能减少生成树总权值的Steiner节点,最终生成一棵节点总数不超过参数k的Steiner最小树。实验表明,与同类型其他算法相比,P-NSMT算法具有更好的准确性和时间效率,特别适应于网络规模大、终端配送节点数目较少的物流网络。

基于射线跟踪的AOA定位算法的GDOP研究66-71

摘要：GDOP是衡量定位系统精度的一个重要指标。基于射线跟踪的定位算法利用镜像站实现对目标的定位,针对现有关于GDOP的计算因没有考虑镜像站之间的相关性,而无法用于对基于射线跟踪的定位系统的定位精度与镜像站布局之间规律进行分析的问题,给出一种基于射线跟踪的AOA定位算法（AOA-RT）的GDOP计算方法。在微小区AOA定位模型下,根据镜像站与定位站之间的关系,得到镜像站位置误差的相关矩阵,根据该相关矩阵推导了AOA-RT算法的GDOP的计算公式。仿真结果表明了所给的GDOP计算方法的合理性,并得出了相关结论。

计算机工程与科学杂志图形与图像

基于局部字典搜索和多原子匹配追踪的图像逼近算法72-78

摘要：鉴于全局搜索和单原子选择的逼近方式是导致图像稀疏分解贪婪算法复杂度高的主要原因,对传统的匹配追踪（MP）算法进行改进,提出基于局部字典搜索和多原子匹配追踪（LMMP）的逼近算法。采用基于二维快速哈莱特变换的内积批量计算方法,实验计算发现核原子在MP算法相邻代中的位序基本稳定,最佳原子只需在排序靠前的原子组成的局部字典中搜索,一次迭代搜索多个非相干原子,进一步提高匹配追踪算法速度,逐原子依次更新残差可减小逼近误差。理论分析表明,LMMP算法是收敛的,且时间复杂度比MP算法低数个数量级。从实验结果看出,LMMP算法与其他全局搜索算法相比,在运算速度和逼近性能上有明显优势。

基于复合优化的深度玻尔兹曼机的路牌文字图像识别算法79-85

摘要：为提高自然场景中路牌文字图像的识别率,提出一种复合优化的深度玻尔兹曼机文字识别算法。算法以提高目标概率分布的逼近程度为目的,采用两种抽样初始化方法：灰度初始化抽样与二值初始化抽样,构造受限玻尔兹曼机,并由两种初始化方法的受限玻尔兹曼机交叠构成深度玻尔兹曼机。文中提出复合共轭梯度法改进深度玻尔兹曼机的微调算法。实验结果表明,使用文中获取的路牌文字数据,所提算法能够对路牌文字实现较理想的识别效果。与原深度玻尔兹曼机相比,识别率取得有效提高。

基于离散剪切波正则化的低剂量CT图像统计重建算法86-92

摘要：提出一种低剂量医学CT图像重建方法,能够在少视角投影或低X-射线管电流投影的情况下保证重建图像的质量。减少扫描视角的数量或者降低X-射线管电流强度均可以降低辐射剂量,从而减少X射线对人体伤害,但是前者会造成扫描数据欠完备,后者会使投影数据信噪比指数下降,传统算法不能保证重建图像满足诊断要求。提出一种离散剪切波变换正则化的低剂量CT图像统计迭代重建算法,在数据保真项加入符合数据统计特性的系数加权,以降低噪声对重建结果的影响,并将待建图像在剪切波域可以稀疏表示作为先验信息,利用增广拉格朗日方法将此先验信息作为正则化项加入目标函数,缩小了解空间,使不完备投影数据获得稳定而准确的重建。实验数据表明,重建图像在投影数据远远不满足完备性条件,或投影数据信噪比急剧下降的情况下,本算法能够重建出高质量图像。在辐射剂量降低到滤波反投影FBP算法的10%甚至更低时仍然能够得到清晰保留结构细节的重建图像。

基于姿态阈值滤波的单目视觉农业机械定位方法93-100

摘要：精确定位是农业机械实现自动导航的重要前提,提出了一种基于单目摄像机的导航定位算法。算法通过对捕获的每帧图像进行特征点检测与跟踪,基于3D-2D特征点配对方法,还原了车辆行驶过程中的姿态信息。同时,假设车辆前方小区域近似平坦,摄像机离地高度近似固定不变,算法实时求解车辆位移的绝对尺度因子,配合姿态阈值滤波器,对所求姿态信息进行在线修正。实验选择在三种不同的场景进行,以RTK-GPS定位数据作为对比,三种场景的平均相对位置偏差分别为5.459 9%、8.373 1%、6.443 94%,三种不同场景的航向角变化平均值分别为7.717 7°、5.738 9°、3.438 3°。结果表明算法可实现农业机械的自动定位,在短距离范围内具有一定的可靠性。

一种Blinn-Phong BRDF红外反射模型的研究101-107

摘要：针对红外场景仿真中辐射反射分量运算复杂、真实感欠缺等问题,提出一种Blinn-Phong BRDF红外反射模型,并基于Unity平台将其应用于三维红外仿真场景。该方法在对实测红外图像进行阈值分割的基础上,利用简化辐亮度运算和红外成像过程的仿真链路反演模型,求解目标表面温度值,根据红外辐射原理与可见光光照模型的理论相似性,将改进的Blinn-Phong光照模型移植到红外波段,并引入双向反射分布函数提高仿真精度,提出Blinn-Phong BRDF红外反射模型;最后基于该辐射反射模型构建零视距仿真场景,同时将仿真图像与实测图像进行比对,验证了反射模型的可信度和有效性。实验结果表明,提出的红外反射模型既有较高的仿真效率,又能够较好地模拟红外反射的高光现象,满足红外视景仿真对辐射反射的要求。

基于结构化低秩表示和低秩投影的人脸识别算法108-115

摘要：在实际的人脸识别中,给定的训练图像往往存在遮挡和噪声,导致稀疏表示分类（SRC）算法的性能下降。针对上述问题,提出一种基于结构化低秩表示（SLR）和低秩投影的人脸识别方法——SLR_LRP。首先通过SLR对原始训练样本进行低秩分解得到干净的训练样本,根据原始训练样本和恢复得到的干净训练样本得到一个低秩投影矩阵;然后将测试样本投影到该低秩投影矩阵;最后使用SRC对恢复后的测试样本进行分类。在AR人脸库和Extended Yale B人脸库上的实验结果表明,SLR_LRP可以有效处理样本中存在的遮挡和像素破坏。